植物生理学教案第二章植物的水分代谢

植物生理学教案第二章植物的水分代谢

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1、第二章 植物的水分代谢教学时数:6学时教学目的与要求:要求学生了解水分对植物生命活动的重要性和合理灌溉的生理基础,掌握水势的概念、渗透性吸水和气孔开闭的机理,能运用水分代谢的知识来解释生产实践中出现的一些问题。教学重点:水势的概念、蒸腾-张力-内聚力学说、气孔运动的机理。教学难点:水势的概念及其应用。本章主要阅读文献资料:1.王宝山主编。植物生理学。科学出版社,2004年1月(阅读水分代谢部分)2.武维华主编。植物生理学。科学出版社,2003年4月(阅读水分代谢部分)3.李合生主编。现代植物生理学。高等教

2、育出版社,2002年1月(阅读水分代谢部分)4.白宝璋,李明军等主编。植物生理学(第2版),中国农业科技出版社2001年1月(阅读水分代谢部分)5.王忠主编.植物生理学.中国农业出版社.2000年5月(阅读水分代谢部分)6.曹仪植,宋占午主编.植物生理学.兰州大学出版社.1998年(阅读水分代谢部分)教学内容:包括植物对水分的需要,植物对水分的吸收,植物体内水分的运输,植物体内水分的散失(蒸腾作用)和合理灌溉的生理基础五部分内容。水分代谢(watermetabolism):指植物对水分的吸收、运输和散失的

3、过程。第一节植物对水分的吸收“水是生命源泉”,水是生命起源的先决条件,没有水就没有生命,人们常说“水是农业的命脉”(凡·海尔蒙特)。一、植物的含水量1.不同植物的含水量不同;一般植物组织含水量占鲜重的75%-90%,木本<草本,陆生<水生。2.同一种植物生活在不同环境中,含水量也不同;(干旱与适宜)3.同一株植物中,不同器官和不同组织的含水量也不相同。(生命活跃组织大于衰老组织)二、植物体内水分存在的状态水分子具有特殊的物理化学结构,一个O原子和两个H原子以V字形结合,电子云更多偏向O原子,所以水分子有极

4、性。水分子与水分子通过氢键粘在一起。相联的构象:液态水,随机的构象:气态水(蒸发)。21水分子在植物生命活动中的作用不仅与其数量有关,也与它的存在状态有关。植物细胞的原生质、膜系统以及细胞壁都是由蛋白质、纤维素等大分子组成,含有大量的亲水基团,蛋白质分子的疏水基(烷烃基、苯基等)在分子内部,而亲水基如-NH2、-COOH、-OH等则在分子表面,这些亲水基团对水分子有很大的亲和力,容易起水和作用。原生质主要化学成分是蛋白质,它能溶于水成为一种亲水的胶体,原生质胶体的颗粒叫胶粒。水分在植物组织和细胞中通常以束

5、缚水和自由水两种状态存在。束缚水(boundwater):指比较牢固的被细胞中胶体颗粒吸附而不易自由流动的水分。自由水(freewater):指距离胶体颗粒较远而可以自由移动的水分。自由水参与植物体内的各种代谢过程,它的数量制约着植物的代谢强度;束缚水则与植物的抗性大小有密切的关系,束缚水含量高,植物的抗逆性(如抗寒性、抗旱性等)强,束缚水含量低,则植物抗逆性就差。自由水含量多,胶体呈现溶液状态,这种状态的胶体称为溶胶(sol);自由水含量少,胶体便失去流动性而凝结为近似固体的状态,这种状态的胶体称为凝胶

6、(gel)。Solgel(溶胶)       (凝胶)三、水分在植物生命活动中的作用1.水是原生质的主要成分;2.水是某些代谢过程的反应物质;3.水是植物体进行代谢过程的介质;4.水分能使植物保持固有的姿态;5.水分可以调节植物体的温度;21第二节植物细胞对水分的吸收一、植物细胞对水分的吸收植物细胞吸水主要有3种方式:扩散,集流和渗透作用,最后一种方式是前两种方式的组合,在细胞吸水中占主要地位。其实植物细胞吸水有两种方式:吸胀性吸水(未形成液泡之前细胞的吸水方式)和渗透性吸水(液泡出现以后的吸水方式)。※

7、扩散(diffusion)物质分子从高浓度(高化学势)区域向低浓度(低化学势)区域转移,直到均匀分布的现象。  扩散速度与物质的浓度梯度成正比。 扩散适合水分的短距离移动。※集流(massflow)液体中成群的原子或分子在压力梯度作用下共同移动的现象。水分在植物细胞膜系统内移动的途径有两条,一种是单个水分子通过膜脂双分子层的间隙进入细胞;另一种是水集流(bulkflow)通过质膜上水孔蛋白中的水通道(waterchannel)进入细胞。1)水孔蛋白(aquaporins)又称为水通道蛋白(watercha

8、nnelprotein),植物细胞的水通道是由位于膜中的分子量在25~30KD的通道蛋白组成,这种通道蛋白具有选择性的高效运转水分子的功能,特称水孔蛋白。2)水孔蛋白的“水漏”模型(thehourglassmodel)1994年,Jung等提出的“水漏模型”如图所示。水孔蛋白有6个跨膜结构区域(图中标为1、2、3、4、5、6),形成5个环(图中标为A、B、C、D、E),其中B环和E环最为重要。当蛋白质发生折叠时,B环和E环迁入

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